“有效性失敗”：深度學習的支架

●劉登琿 洪 敏

一、擁抱“有效性失敗”的“深度學習”

（一）“教育性失敗”及其有效性

“失敗”在教育中的地位伴隨著知識觀、學習觀、兒童觀的轉換而轉換。在蘇格拉底那里，“失敗”被認為是一種必要的學習條件，他的產婆術——“譏諷—助產—歸納—概括”的第一條便是不斷地提問使對方經歷失敗，從而發現自己認識上的矛盾和無知，提出要創造失敗并引導學習者在失敗中主動形成新知。自然主義者盧梭在“消極主義”的概念框架下重申“失敗”的教育價值，認為要避免成人對兒童“自以為是”的干預，應按照“后果教育法”的原則讓兒童自然經歷失敗并承擔失敗帶來的后果，喚醒兒童心中的“內在自然”稟賦和主動精神，認為“失敗”是一種自然學習行為。杜威則把失敗理解為經驗改造的過程，他所提出的“感受困難、提出問題、解決問題、聯想推理、得出結論”的思維五步法正是在失敗中展開的。隨著教育科學化運動，“失敗”在教育中的“命運”幾經反轉，其內涵也逐漸豐盈。行為主義者認為，知識是客觀的，學習就是把外在知識內化到心靈白板的“試誤”過程，教學就是讓學生在單位時間經歷更少的失敗以獲得更多的東西，在“刺激”與“反應”之間建立最佳的聯結，教師應通過懲罰消滅錯誤行為。到了認知主義那里，強調人心里內在的認知結構的重要性，“失敗”被視作喚起認知沖突、形成知識缺口的重要條件。及至建構主義，學習才開始真正的擁抱“失敗”，失敗的價值得到全方位的肯定。在建構主義者看來，知識不是客觀的外在實體，而是在自我否定中不斷更新發展的，學習是能動化的主體在特定學習引導下“發現”知識的過程，這個過程充滿了冒險的迭代。人本主義則把追求成功視作人發展的一種內驅力，教育要激發學習者內在動力經歷失敗不斷自我超越，“成功”是一種可以促進自我持續發展的內在情感動力，而“失敗”可以通過“成功”駕馭，是需要克服的。對學習者而言，“取得成功”比“規避失敗”的動機更持久。可以說，承認“失敗”、利用并轉化“失敗”是教育學發展的主流，這跟教育學理論資源中“經驗主義”“建構主義”逐漸取代“先驗主義”成為主流有關，而拒斥“失敗”的“成功主義”則是行為主義和極端人本主義合流的產物。“失敗”在情境塑造、動機喚起、認知加工、知識獲得方面有重要的教育價值。

（二）“正確文化”對“深度學習”的消解

然而，長期以來，在我國中小學課堂中籠罩著一種根深蒂固的拒斥失敗的“正確文化”。教學被精心排演，教師害怕“犯錯”，學生擔心“失敗”，課堂“一團和氣”，探究歷程被壓縮，教學成為從“結果”到“結果”的簡單聯結，“失敗”被有意無意地忽略，學生如同牽線木偶總是表現得恰到好處。在“正確文化”規訓下，“失敗”對學生來說被認為是不認真、沒稟賦，對教師而言則是不專業、少準備。這種“正確文化”正把學習異化為一種淺層次的、表演性的“驗證性”活動，學生可以得到知識但無法創造，可以考很高的分數但無法解決問題，獲得了暫短的成就卻抑制了持續投入的熱情。“正確文化”的本質是一種簡單重復的、非反思性的、從結果到結果的效率主義，是“行為主義”“偏激的賞識主義”以及長期以來“溺愛”文化合流的產物，前者否定失敗、消除失敗，后兩者容忍失敗、漠視失敗。它正在鼓勵杜威所反對的那種“省略了過程”的淺層教育。而在現代建構主義看來，“失敗”既是一種學習條件，又是必不可少的學習資源，同時“直面并挑戰失敗”的“復原力”還是學習目標。“失敗”可以提升任務的挑戰性，激發學生的投入度；“失敗”可以強化學生的內省認知，重構知識框架；“失敗”可以刺激多元交往，促進方法性知識和非認知能力的獲得；“失敗”可以豐富學生探究經歷，活化學科知識，引導學生“像學科專家一樣思考”。拒絕了“失敗”也就拒絕了走向思維縱深的機會，如果我們把學習理解成探究而非接受，把學習的目的認定為素養而非知識獲得的話，深度學習不可能規避失敗，且深度學習的深度超不過“有效性失敗”設計的高度。

（三）“有效性失敗”讓“深度學習”更易發生

“正確文化”受行為主義影響，其本質是“先教后學”，圍繞正確的結論直接學習，通過減少失敗快速獲得成功；“有效性失敗”受建構主義制約，其本質是“先學后教”，經歷失敗發現學習。“深度學習”強調自主探究、思維迭代，追求認知結構轉變和思維方法轉向的特質，與“有效性失敗”有內在一致性，都是建構主義在教學實踐中的反映。只不過前者描述的是思維的過程，后者描述的是活動的進程，就像明暗交織的兩條線彼此呼應構架起建構學習的骨架。而淺層學習強調行為與目標的快速聯結，追求知識擴容，其認知結構和思維方式本身未發生變化。“先教后學”追求學得更快，“先學后教”追求學得更好。前者不接受失敗，即便產生失敗也是“教”的失敗，是突出知識復現的低層次失敗，后者擁抱失敗，是在學習中產生的，同時引向更深層學習的高階失敗。最早對“深度學習”與“有效性失敗”進行系統關注的是新加坡南洋理工大學摩奴·卡普爾教授，他通過對比實驗研究，發現“先學后教”讓學生經歷失敗比“先教后學”能獲得更豐富的概念框架，更能順利實現知識遷移，獲得更多非認知能力。簡言之，“有效性失敗”讓學生更愿意學、更會學而且學得更好。現實中，“深度學習”之所以流于形式且處于難為之困的境地，很大程度上在于對為何以及如何開展“先學后教”的問題難以達成共識，導致學生缺乏完整而持續的“有效性失敗”經歷。“有效性失敗”正是通過“先學后教”，持續變換教師的指導方式與角色，引導學生在對失敗的認知和解決中優化認識結構、提升思維品質獲得的（如圖1 所示）。“有效性失敗”為我們更好地理解、更科學地轉化“深度學習”以及擺脫根深蒂固的“正確文化”提供了一套有效的思維工具。

圖1 促進深度學習的有效性失敗設計機制

二、借助“有效性失敗”走向“深度學習”

“有效性失敗”強調“先學后教”，通過學生嘗試解決問題、形成認知沖突，教師指導對比方案、學生關注概念深層特征，學生形成知識結構、達到遷移運用，最終實現深度學習的真實發生。每一階段學習者認知投入、教師角色、知識形態都不盡相同，三者相互作用勾勒出思維進階的完整歷程。

（一）學生嘗試解決問題，形成認知沖突

1.激發和分化與目標概念有關的先前知識

有效性失敗活動開始于教師拋出復雜且真實的問題，學生盡可能地喚起先前的知識和經驗，并運用這些先前知識和經驗去理解和嘗試解決新問題，形成解決方案。學生所激活的先前知識是多種多樣的，在嘗試解決新問題時會經歷“失敗”，當一種解決方案失敗后，就會“喚起”已有知識結構中的其他知識去尋求可能的方案。生成的解決方案越多，其先前知識被激活和分化的程度就越高，也更有利于后續的學習遷移。

當學生“學”先于教師的“教”時，教師的角色就從最初的技能“示范者”轉化成學生意義建構的“促進者”。該階段，教師擔任著“觀察者”的角色，主要任務是搜集學生學習的多類型證據，對學生的學情做出推斷并嘗試找出思維的生長點，在頒布學習任務后主要關注學生解決問題的過程，不做任何直接指導。此時，學生的思維會處于回憶的認知層級。但與機械回憶不同，這里的回憶是關聯目標同時也是多點發散的。學生通過盡可能地回憶先前知識、經驗——正式的和直覺的，選擇能應用于解決當下問題的內容，并對具體內容重新加工重新組織，生成方案越多，關聯知識被激活的程度越高，后續思維進階就越順利。

由圖1～圖5可知：本文設計的航向控制器使無人艇能夠很好地沿著給定的航向航行，跟蹤誤差幾乎為零。但是，僅采用動態面技術所設計的控制器，對環境擾動引起的不確定項處理效果不理想(如圖5所示)。因此，引入RBF神經網絡逼近器，對系統不確定項進行全局逼近處理。采用單一的在線神經網絡逼近不確定項，不僅解決不確定項的逼近問題，在航向控制過程中有良好的效果，也簡化了動態面控制器結構，減小計算負擔。

2.初次經歷失敗，形成認知沖突

當學生用先前知識和經驗生成的各種解決方案仍不能解決問題時，便會引發反思，形成認知沖突。沖突暴露得越充分、越持久，經驗和先前知識在思維層面表現得越活躍。此時，課堂似乎會陷入一種亂糟糟的“混沌”之中。教師要做的是等待和觀察，而不是“約束”這種混亂。卡普爾將來自印度七所高中的11年級學生三個一組隨機分配，去解決結構不良或良好的問題，結構不良小組的討論比結構良好的對照組更加復雜、發散，這導致了較差的小組表現［1］。即使這種復雜、發散的討論看上去會導致失敗，但在后續概念知識的習得和遷移運用知識的表現上，有認知沖突與重建的小組學生卻表現得更好。

在該階段，學生發表哪些觀點，遇到哪些問題，形成何種認知沖突，教師不能完全預測，且依舊是作為觀察者角色發揮作用。教師應該關注學生正在思考什么（學生的認識），而不僅僅看學生正在做什么（學生的行為）。［2］這會使得原本固定模式的課堂變得具有不確定性，學生由“接受者”變成“思考者”并進入深度學習的第二個認知層次——反思。當運用先前知識與經驗解決新問題，問題仍不能得到解決時，學生就會反思自身的知識缺口，形成批判性思維，并持續追問解決方案。教師引導學生從舊知向新知過渡，關注概念工具和學科方法對擺脫思維困境的價值。

3.關注目標概念的核心特征

在形成新舊知識的認知沖突后，通過闡述、自評或學生互評解決方案，學習者能從已有認知的限制中脫離出來，關注目標問題核心概念的所屬領域，明晰自己在后期學習中的關注重點，這能夠為解決方案的重建提供隱含的反饋。相比于教師直接講授核心概念知識，經歷了失敗而體悟到學科價值的概念知識更能得以“活化”，并被關聯到學生的認知結構和意義結構中，誘發學生持續、全面而深層地投入。

此時，教師由傳統教學模式中對概念定義和理解的“揭示者”轉化為要求學生自己去發現的“旁觀者”，教師仍沒有任何對學生的直接指導。這看似弱化了教師的地位，實質上對教師提出了更高的要求，包括對課堂環節的精確把握，任務設計的充分準備。此刻，學生會進入思維發展的第三個認知層次——分析，即拆分解析：一是將目標概念拆分為兩部分，一部分是能通過先前知識與目標知識建立起聯系的概念，另一部分是學生未知的概念；二是試著解析每一部分，并將這兩部分建立起聯系，在已知和未知之間架起“橋梁”。學生需根據自身的知識缺口，分析出應關注的目標概念知識，從概念“接受者”變成概念“發現者”。

（二）教師指導對比方案，學生關注深層特征

1.打開知識缺口，形成深層認知沖突

由于先前知識和經驗的不足，學生在嘗試解決新問題時會遭遇失敗，從而意識到知識缺口，形成認知沖突，但那時所察覺的知識缺口是籠統而概括的，是淺層次的認知沖突。而在指導期，教師明確的指導能幫助學生形成完整的認知重建。學生嘗試生成各種解決方案后，教師會將學生錯誤的解決方案與標準化的解決方案進行對比，使學生明確解決方案及其思維方式的誤區，明確知識缺口的位置。［3］經歷了有效性失敗的學生能意識到更多的知識缺口，當他們接觸新概念時會產生強烈的認知沖突，并嘗試組裝目標概念，持續進行探索。

該階段，教師指導學生將典型的錯誤解決方案與標準方案進行對比，教師應該在學生生成解決方案并達到一定程度的理解后再進行指導。因此，教師的指導應在學生思維觸發的聯結點上，起到疏通、點化的作用。通過對比不同問題解決方案，學生進入深度學習的第四個認知層次——矛盾，即對錯誤概念的轉變與對新概念的組裝加工，矛盾持續激勵著學習者去探尋并彌補他們的知識空缺。

2.關注概念本質，形成完整的概念理解

在學生解決問題的第一階段，學生關注到目標概念的核心特征，但由于沒有教師的直接指導，學生關注到的核心特征只是碎片的、孤立的、不完整的，而在第二階段，教師將會對學生進行更詳細的直接指導，“見樹木又見森林”，關注到目標概念的核心特征，形成對目標核心概念完整的、深層次的、關聯性的理解，引導學生像專家一樣思考。專家和新手的區別就在于專家的知識不僅僅是對相關領域的事實和公式的羅列，而是圍繞核心概念或“大觀念”組織的。這些概念和觀點減輕了認知負荷并能更順利地遷移到復雜情境中。

此時，教師需要對學生進行更具體的直接指導，使他們關注到目標概念的核心特征，實現精準教學。在學生所缺失的典型核心概念的講解上，教師應花更多的時間和精力。相應的，學生進入深度學習的第五個認知層次——理解，概念真正變成了學生“解題”的工具，獲得了對真實問題的概念性理解以及抽象概念的現實性轉化。經歷了理解加工的概念能夠與學生原有的認知結構關聯并使其得到擴充。

（三）學生形成知識結構，實現遷移運用

1.組裝深層特征至目標概念

在學生關注到目標概念的深層特征后，需組裝深層特征，達到習得目標概念的目的，形成關于目標概念知識的完整體系。組裝知識并不是知識的簡單堆砌，而是根據知識的內在邏輯，探尋適合自身思維方式的理解與組裝，這意味著知識習得的收尾。深度學習的目的不是單純、被動地記憶和理解所學知識，而是能夠將新舊知識、不同知識有效地聯系起來。［4］如果不能給予足夠的時間或設置合適的環節進行知識組織，學生只能獲得膚淺的、流于表面的知識。這些知識無法幫助他們應對現實世界更為復雜的挑戰。

此時，教師需要對目標概念核心知識和其他細節知識點進行完整的直接講解，還要設置相應的環節，給予必要的時間，鼓勵學生進行信息的加工與整合，營造適合探究及思維進階的氛圍。整體來說，經歷了有效試錯，在學生思維進階節點上的教師指導效果會更好。此時，學生進入深度學習的第六個認知層次——習得。學生在教師系統的指導下習得目標概念知識，使之形成一個聯系緊密、組織完整的知識體系。這里的習得并不是知識的簡單應用，而是一種深度理解的結果表現，可以看成是一種“順暢提取”，即只要很少的意識參與就能從記憶中提取出有用的知識來解決問題的過程，學習者將會有更多的時間和精力關注到任務的其他方面，這也是解決復雜問題必備的思維過程。

2.創設情境，促進高通路遷移

在習得目標概念后，為鞏固所學知識，教師會為學習者提供真實的、有趣的、與實際生活相聯系的情境，使學習者將知識和生活相聯系，促進教學任務的完成和知識的遷移。教師不僅要為學生遷移運用知識提供機遇，而且要在不失專業實踐可靠性的前提下為學生提供適合其年齡階段的學習環境。［5］這里的情境可以類似于、也可以不同于初始問題情境，最終都是為學生在深度學習中獲得以大概念為中心的，經過系統化、聯結化的知識結構。在此階段，學生進入深度學習的第七個認知層次——應用。成功的遷移應用不是單一的記憶粘貼，還涉及對已學知識的掌握程度及理解性學習的程度，是對知識結構把握的全局意識和動態的遷移運用過程。學習者應努力嘗試用學科專家的思維和處理問題方式達到對所學知識的遷移應用。

三、“有效性失敗”的設計

通過“先學后教”讓學生不斷經歷“失敗”，在新舊經驗之間建立聯結，形成對目標概念的深度理解，進而形成可供遷移的知識結構，學生完整經歷了深度學習的歷程。沒有經歷“有效性失敗”深度學習就難以真正發生。為使學生在課堂中經歷有效性失敗，需要以迭代性的學習大任務讓學生經歷“失敗”，以“低利害”的文化氛圍與高效的課堂互動規則鼓勵學生敢于“失敗”，并通過持續提升探究意識與教學機智讓教師接納、利用并轉化“失敗”，最終促進深度學習的真實發生。

（一）創設迭代性的學習大任務，讓學生經歷“失敗”

有效性失敗的學習任務由驅動問題、學習支架、真實情境三個要素構成。首先，有效性失敗中的驅動問題要有一定復雜性，且能夠激發學生對問題表征方式與解決方案進行多樣化探究。當學習者處理復雜問題時，會經歷預測或生成假設的思維歷程，這能促使他們進行積極的意義建構；當學習者生成多種解決方案時，必定經歷了多次“失敗”后的反思與認知沖突，這能促成其批判性思維的形成，養成處理與解決復雜問題的能力。同時，在構建復雜的驅動問題時應堅持“適度”原則，一要考慮到學習者的認知層次，問題或任務布置的先后順序應遵循由易到難的邏輯，越往后需要的技能和策略越廣泛多樣；二要根據學習者的身心發展程度、學習目標、專業能力來設計問題，是能夠被學習者解決的、適度非良構的問題。否則，他們會因任務難度太大而喪失積極性甚至放棄。其次，創設真實且統攝探索歷程的問題情境，讓學生在一種聯系日常生活的問題情境中學習知識、解決問題。問題情境的設置要和學生內部動機緊密聯系，能夠充分調動學生的探究欲望。萊珀和格林認為創建合適的學習環境非常重要，這些環境可以讓學生因內在動機而不是外部原因——如取得好成績或是取悅教師——去解決問題，［6］使學生因尋求自身內在發展而去探索問題與解決問題。再次，在問題中通過設置提示、工具、自評量規、條件等為學生提供認知支架，尤其在學習的開始階段，如果沒有適切的問題為認知支架，那么將難以達到預定的學習效果。遵循“最近發展區”原則，既立足于依賴學生原有的學習經驗和知識基礎，又鼓勵學生接受未知領域的挑戰，激發學生對多種問題解決方案進行探究的積極性。

（二）建立“低利害”文化氛圍與高效互動規則，鼓勵學生敢于“失敗”

在“正確文化”的規訓下，學習者學習過程中的失敗一直處于被遮蔽的狀態。為鼓勵學生敢于“失敗”，積極地參與“失敗”，教師可以營造一種主動探索、自由民主的“低利害”文化氛圍，讓學生有一種“放松的警覺”。這種興奮感與安全感能讓學生在增強容忍模糊性、不確定性以及延遲滿足能力的同時，去探索新的思想和聯系，［7］去探尋“失敗”，以“失敗”促進深度學習。師生要平等對話，教師需以學生的自我體驗、自我信息加工作為課堂的主要生成性資源，還要善待學生的“越軌思維”，有意識地引導學生持續進行主動探索。在此過程中，或以直接性的話語引導，如“問題答案是有技巧的，不要拘泥于一種解決方案，要多嘗試，即使失敗也沒關系”；或提供元認知［8］支架、情感支架以及有意義交互角色扮演［9］支架等，從而防止學生因失敗結果而產生無意義的“失敗”心理。但鼓勵“失敗”并不等于放任自流。在有效性失敗中，面對富有挑戰性的學習任務，每個人都可能“失敗”。當“你一言我一語”地闡述失敗的解決方案時，可能會造成課堂混亂，導致低效學習。為此，教師需要有效規劃“失敗”。拋出適切問題后，可采用小組協作“失敗”的方式，每個人貢獻智慧，小組其他成員檢驗“智慧成果”，共同商討出幾種可能“失敗”的解決預案。再對多種解決預案進行區分，小組成員根據其擅長領域，高效分工合作完成任務。而在闡釋“失敗”環節時，必定會有諸多意料之外的問題與想法。這要求教師擁有廣泛的知識、高度的警覺性與活力，積極與學生互動。要營造“潤澤”［10］的課堂互動氛圍，讓學生在“失敗”中感受到來自教師和同學的信任與支持，更好地迎接“失敗”。總之，教師要在尊重學生的基礎上對課堂探討主題做必要的把握與適時的調整，使學生的“失敗”成為有意義的學習經歷。［11］

（三）引導教師樹立正確的“失敗觀”并提升探究教學素養，有效轉化“失敗”

為使深度學習落到實處，需改變教師所崇尚的“普遍正確”的教學理念，破除“正確文化”的桎梏，超越“普遍正確”的行為主義教學文化范式，樹立正確的失敗觀。而“失敗”觀的重建不僅包括教師自身知識觀念、學生觀、學習觀的內部變革，還要通過在“建構主義”的理念下重構物質文化、制度文化、符號文化進而塑造外在文化來獲得，并在校本研修、專業發展、制度設計、平臺建設上予以回應。“觀念向左，行為向右”式的缺乏系統思維的教學變革往往會淪為形式主義。此外，觀念的轉型要通過技術掌握來落實，觀念解決“我要做”的問題，技術解決“我會做”，只有愿意投入且具有投入能力才能真正實現教學轉型。有效性失敗的本質是探究學習，它描述的是探究思維的直觀歷程。這就要求教師掌握基本的探究教學技術，包括方案設計、活動開展、評價實施、課堂管理等，尤其當涉及自身的學科時，應抓住不同學科探究教學的典型樣態和有效策略，避免“一刀切”。同時規避“假探究”“虛探究”，如用探究的方式教學科知識點，脫離學科本質來探究學科，此類探究生成的失敗很可能是缺乏思維含量的“無效失敗”。

先讓學生利用先前知識嘗試解決問題，開始會導向“失敗”，但從長遠來看，這種“失敗”是富有成效的。基于此，學校教育要重新定義失敗，使失敗不再是一種“障礙”或“威脅”，而成為一種促成學生高階思維發展的學習資源。“有效性失敗”不是一個線性過程，它不斷在迭代中臻于至善。有效性失敗設計為深度學習的真實發生提供了一個有效的實踐“抓手”，以問題為導向，以失敗為契機，根據學習者的認知能力和水平進行教學設計，使“以學習者為中心”的教學理念“有形又有實”，為教育者和學習者提供了促進深度學習真實發生的新路徑。持續檢驗有效性失敗的設計點，并反復修正和細化有效性失敗設計，包括更詳細的內在機制、實施路徑等，使其在促進深度學習的發生方面更具效用。這將會是進一步研究的重點。